JP5627681B2 - トラクションシーブ内に外周側ロータおよびモータを有したエレベータマシン - Google Patents

Description

本発明は、エレベータの駆動マシンに関し、特に、駆動マシンのシーブに取り付けられたロータを有したエレベータの駆動マシンに関する。

一般のトラクション式エレベータシステムは、昇降路内に配置されたかごおよびカウンタウエイトと、かごとカウンタウエイトとを接続する複数のロープと、ロープと係合する駆動シーブを有したマシンとを備えている。トラクション式エレベータシステムの駆動マシンは、エレベータの巻上ロープ用の溝を有したトラクションシーブと、直接にまたは変速機を介してトラクションシーブを駆動する電気モータとを備えている。ロープは駆動シーブの回転によって駆動され、駆動シーブは、昇降路内においてかごおよびカウンタウエイトを再び位置決めする。昇降路に隣接して配置されたマシンルームには、駆動マシンおよびこれに関連した電子装置が、エレベータの周辺構成要素、例えば、ガバナおよび安全特徴部と共に収容されている。一般の駆動マシンは、交流（ＡＣ）の永久磁石巻上モータを用いており、この永久磁石巻上モータは、マシンの効率を向上させるためにロータに永久磁石を備えている。しかし、一般の駆動マシンは、比較的低いデューティサイクルおよび速度に制限される。

マシンが配置される場所によって、エレベータの駆動マシンの物理的な寸法が、エレベータの昇降路および／または建物自体の大きさに影響を及ぼす。マシンがエレベータの昇降路内またはその付近、もしくはマシンルーム内に配置されるときには、マシンの大きさは、必要な空間に対して重要なものとなる。一般の構造のギアレス式エレベータマシンが伴う問題の１つは、マシンの大きさおよび重量が大きいことである。上記モータは、非常に大きな空間を取り、現場へ輸送し設置することが困難である。大型のエレベータマシンにおいては、駆動モータからトラクションシーブへのトルクの伝達が問題となり得る。この形式のマシンは大型で、かつ非対称である。これは、モータの電気駆動部に特定の要求を与え、モータを全面的に用いるようにし、そして、モータの大きさが扱いにくいものとなる。特定の装置や大型のクレーンが、構造体の建設中に上記モータを所定の場所に置くのに必要とされる。さらに、特定の取付構成を要求しつつ、モータやマシンの大きさおよび要求される領域が、エレベータの昇降路の断面積よりも大きいものとなり得る。一般に、特定の要求は、システムを複雑にするか、または費用を増加させるか、もしくはこれらの双方を生じさせる。

したがって、本技術分野では、利用可能な空間を効率的に使用し、広い範囲のエレベータ用途にわたって義務的な負荷・速度要求を満たすエレベータシステムを開発することが必要とされている。さらに、特に、エレベータの昇降路での設置を容易にするために、信頼性をもって動作する小型のマシンを備えることが必要とされている。また、製造が比較的容易であり、設計の用途が広いマシンも必要とされている。

１つの特徴としては、エレベータ用の駆動マシンが、回転可能な駆動シーブを備えており、この駆動シーブは、内周側面と、巻上ロープを受ける外周側面とを備えている。ロータが、シーブの内周側面に取り付けられている。ステータが、固定された中空シャフトに接続され、シーブおよびロータは、固定された中空シャフトの中心線を中心に回転するように位置決めされている。複数の軸受が、シャフトとロータとの間に配置されている。

他の特徴としては、エレベータ用の駆動マシンは、マシンフレームおよびシリンダを備えており、シリンダは、第１の側部と、第２の側部と、内径部と、シーブを形成する外径部とを備えている。また、マシンは、シリンダの内径部に取り付けられたロータと、マシンフレームに取り付けられた第１の支持構造体および第２の支持構造体と、第１の端部において第１の支持構造体に取り付けられるとともに第２の端部において第２の支持構造体に取り付けられた中空シャフトとを備えている。ステータは、中空シャフトに取り付けられている。シリンダは、該シリンダの各側部において第１の軸受および第２の軸受を介してシャフトに接続されており、これにより、シリンダ内に内蔵されたモータが提供される。

別の特徴としては、エレベータ用の駆動マシンは、シリンダを備えており、該シリンダは、第１の側部と、第２の側部と、内径部と、シーブを形成する外径部とを備えている。また、駆動マシンは、シリンダの内径部に取り付けられたロータを備えている。また、ステータが、中空シャフトに取り付けられており、第１の軸受および第２の軸受が、シリンダをシャフトに取り付けるようにシリンダの各側部に接続されている。各軸受は、中空シャフトに取り付けられた固定内側レースと、シリンダの各側部に固定された回転外側レースとを備えている。

エレベータの駆動マシンの斜視図である。 エレベータの駆動マシンの断面斜視図である。 エレベータの駆動マシンの断面立面図である。 モータを通る空気流の冷却を示す、エレベータの駆動マシンの断面図である。

図１には、フレーム１２上に配置されたエレベータ用の駆動マシン１０の斜視図が示されている。駆動マシン１０は、冷却システム１４と、シーブ１８を有したシリンダ１６と、電気ボックス２０と、シャフト２２と、支持部２４ａ，２４ｂと、ブレーキシステム２６とを備えている。支持部２４ａ，２４ｂは、シャフト２２を取り付けるための構造体を提供する。シリンダ１６およびシーブ１８は、シャフト２２の中心軸を中心に回転するように設計されている。シリンダ１６は、シーブ１８に取り付けられている。代替的に、シリンダ１６およびシーブ１８は、単一の構造体とされる。シーブ１８は、エレベータかごおよび／またはカウンタウエイトを取り付けるロープまたはケーブル用の溝を備えている。シリンダ１６およびシーブ１８は、金属、合金および同様の材料から構成される。

支持部２４ａ，２４ｂは、冷却システム１４および電気ボックス２０を取り付けるための構造体も提供する。ブレーキシステム２６は、外側シリンダ１６に取り付けられ、また、支持部２４ａ，２４ｂにも取り付けられ得る。電気ボックス２０は、ＮＥＭＡまたは亜鉛めっきボックスとすることができ、電気接続部と、端子と、駆動マシン１０用のコントローラを備えることができる。電力を供給し駆動マシン１０を作動するために、電線（図示せず）が、電気ボックス２０から延びて電源に接続されることになる。冷却システム１４は、流体案内構造体に取り付けられた流体移動装置を備えており、駆動マシン１０の温度を低下させるように機能する。

ブレーキシステム２６は、シリンダ１６に隣接して取り付けられ、支持部２４ａ，２４ｂに取り付けられた構成要素を備えることもできる。ブレーキシステム２６は、シリンダ１６と係合し、シャフト２２を中心に回転するシリンダ１６を減速または停止させる。

フレーム１２は、構造支持部２８，３０から製作される。図示したように、２つの構造支持部２８は、互いに概ね平行になるように配置されており、支持部２４ａ，２４ｂの底面に取り付けられている。構造支持部３０は、フレーム１２に付加の構造的完全性を与えるクロス片である。フレーム１２は、面（例えば、建物のマシンルームの床）から駆動マシン１０を持ち上げ、シリンダ１６がシャフト２２を中心に自由に回転することができることを確実にする。

図２には、フレーム１２上に配置された駆動マシン１０の断面斜視図が示されている。駆動マシン１０は、上述した冷却システム１４と、シーブ１８を有した外側シリンダ１６と、電気ボックス２０と、支持部２４ａ，２４ｂと、ブレーキシステム２６とを備えている。ここで、シリンダ１６は、中央に位置した側部３２と、該側部３２から延びる外周側ディスク１７とを備えている。側部および外周側ディスク１７を、単一の部品から製作してもよく、もしくは互いに結合された個別の部品によって製作してもよい。外周側ディスク１７は、鋼、鋳鉄または同様の材料から形成され得る。ブレーキシステム２６は、外周側ディスク１７を受ける。摩擦力が外周側ディスク１７にかけられるときには、シリンダ１６の回転が減速または停止し、これにより、外周側ディスク１７は、ブレーキディスクとして作用する。側部３２は、シリンダ１６の各端部に配置されており、モータのエンドベルとして作用する。

また、側部３２は、シーブ１８用の支持部を提供する。シーブ１８は、エレベータシステムのロープを受ける一連の溝３４を備えている。シーブ１８は、鋳鉄から構成され得る。ロータ３６は、溝２３の反対側のシーブ１８の半径内側に取り付けられる。ロータ３６およびシーブ１８は、シャフト２２の中心軸を中心に回転することができるように互いに固定されている。ロータ３６は永久磁石を有したディスクであり、該永久磁石は、任意の適切な方法でディスクに取り付けられている。永久磁石は、異なる形状から形成され、また、半径方向に並んで配置されるか、または軸方向に次々と配置される構成要素の磁石へと分割され得る。ロータ３６は、磁石とシーブ１８との間に界磁鉄心を備えることもできる。

ステータ３８が、ロータ３６内で、ロータ３６に直接に隣接し、かつ同軸に配置されている。ロータ３６およびステータ３８は、シーブ１８を回転させるモータを形成する。ステータ３８は、金属ワイヤからなる巻線であり、駆動マシン１０のモータ用の電機子を形成するスロット巻線とされ得る。ステータは、シャフト２２に固定される。シャフト２２は、中心軸を有した中空のチューブであり、金属から製作される。シャフト２２の中空チューブによって、シャフト２２が、冷却システム１４用の流体流路およびワイヤハーネス４４用のハウジングとして機能することができる。ワイヤハーネス４４は、ステータから電気ボックス２０へと延びる電気導線である。シャフト２２の第１の端部は、電気ボックス２０に隣接して終端し、シャフト２２の第２の端部は、冷却システム１４のブロワハウジングに隣接して終端する。

シャフト２２は、支持部２４ａ，２４ｂによって両端部で支持されている。図１および図２に示したように、支持部２４ａ，２４ｂは、互いが鏡の反射物となるように形成することができる。支持部２４ａ，２４ｂは、水平のラインから、傾斜した脚部に隣接した下方の面へと延びる側部支柱を備えた中央の「Ａ」を含むように示されている。しかし、他の実施例では、支持部２４ａ，２４ｂを異なる形状で形成することができる。

シリンダ１６は、ロータ３６およびステータ３８用のモータハウジングを形成し、その結果として駆動マシン１０用のモータを形成する。シリンダ１６、シーブ１８およびロータ３６は、駆動マシン１０の回転部を構成している。この回転アッセンブリは、軸受４２を介して固定シャフト２２に回転可能に取り付けられている。支持部２４ａ，２４ｂは、上記回転アッセンブリが取付面からの干渉を生じることなく自由に回転することができるようにシャフト２２を位置決めする。また、フレーム１２を支持部２４ａ，２４ｂの下方に位置決めし、シャフト２２と、駆動マシン１０を固定する取付面との間に付加的な距離をとることもできる。

図３には、エレベータの駆動マシン１０の他の特徴を示した断面立面図が示されている。駆動マシン１０は、冷却システム１４と、シーブ１８を有した外側シリンダ１６と、電気ボックス２０と、支持部２４ａ，２４ｂと、ブレーキシステム２６とを備えている。本実施例では、シリンダ１６は、側部３２を備え、シーブ１８用の支持部を提供する。側部３２は、ロータ３６およびステータ３８を含むモータ構成要素用のケースとして作用する。側部３２から半径方向外側へと延びるブレーキディスクが無いためにブレーキシステム２６を移動させたが、ブレーキシステム２６は、印加時に、シリンダ１６の回転を減速または停止させる摩擦を依然として供給することになる。シリンダ１６の側部３２は、軸受保持部４８に取り付けられ、これにより、モータの回転アッセンブリがシャフト２２に対して必要な位置に確実に維持される。

ステータ３８は、シャフト２２に固定された鉄心を有しており、巻線領域３８ａ，３８ｃによって示される種々の個別の巻線を備えている。巻線は、領域３８ｂによって示される中空の中央領域を備えている。このコイル巻線の配置により、モータの質量が減少し、したがって、駆動マシン１０の重量も減少する。代替的に、領域３８ｂは、充填材料を備えるか、もしくは鉄心とされる。導線４０は、電気ボックス２０から中空のシャフト２２を通して開口部５２の出口へと向かい、この出口においてステータ３８の巻線に接続される。

図４には、駆動マシン１０の冷却を示す断面図が示されている。また、図４には、シーブ１８を有したシリンダ１６と、冷却システム１４と、電気ボックス２０と、ブレーキシステム２６とが示されている。冷却システム１４は、導管１４ｂに接続されたブロワ１４ａを備えており、導管１４ｂは、中空のシャフト２２に接続されている。冷却システム１４のブロワ１４ａが、矢印Ａによって示した空気流を生じさせる。図示したように、空気流Ａは、入口開口部６０からシャフト２２へ流入する。シャフト２２は、周方向および軸方向に離間した複数の出口開口部（横ベント穴）６２を有しており、該出口開口部を通して、空気流Ａが、ステータ３８を通る半径方向外側の通路へと続く。本実施例においては、ステータ３８は、間隙６４によって離間された一連の薄板を備えている。磁石の薄板からなるスタックを有したステータは、誘導電流による損失を制限する。開口部６２は、ステータ３８のコイル巻線の間隙６４と整列する。空気流は、ステータ３８とロータ３６との間の隙間５０を通して通流し続け、シリンダ１６の側部３２内の開口部６６，６８を通して流出する。駆動マシン１０の動作中に生成された熱を除去する必要がある。性能に影響を及ぼし、または駆動マシン１０のモータや他の構成要素を損傷させ得る高い動作温度を防止するために、空気流Ａは、駆動マシン１０の構成要素を冷却する。

駆動マシン１０のシリンダ１６は、外周側ディスク１７を備えている。本実施例では、外周側ディスク１７は、ブレーキディスクであり、シーブ１８に接続されている。ブレーキシステム２６は、本技術分野では一般的なブレーキキャリパ４６を有しており、該ブレーキキャリパ４６は、外周側ディスク１７と係合する。これらのブレーキキャリパ４６は、駆動マシン１０を減速させるか、または所定の位置に保持するように、エレベータの制御システム（図示せず）に接続されている。外周側ディスク１７をシーブ１８と共に単一の部品として製作することもできる。代替的に、外周側ディスク１７および横側支持部３２は、単一の部品として構成されるか、または外周側ディスク１７、横側支持部３２およびシーブ１８の全てが個別に製作されて、後に互いに結合され得る。ロータ３６は、軸受４２を介してシャフト２２に取り付けられる。軸受４２は、シャフト２２に固定された静止内周側レースを備えており、横側支持部３２に取り付けられた外周側レースを回転させる。

また、駆動マシン１０は、位置システム７０を備えることもできる。位置システム７０は、ステータおよびロータ３６の磁場の速度および相対位置を計測または検知し、位置フィードバック装置を作用させる。この情報は、エレベータ制御システムへと送信され、巻上モータの動作を制御するように使用され、駆動マシン１０に取り付けられる昇降路内のエレベータかごを配置するように使用される。１つの特徴としては、位置システム７０は、絶対値エンコーダを機能させるリングを備えることができる。エンコーダのリングは、本技術分野においては一般的である、シリンダ１６上の突出したフランジを取り囲んでおり、軸受を介してフランジに結合される。エンコーダの他の部分は、シャフト２２に固定される。エンコーダは、ロータ３６の永久界磁石の位置を検出し、ステータ３８の電機子巻線へ供給される電流の位相が、検出した位置に基づいてエレベータの制御システムによって制御される。位置システム７０は、時計方向または反時計方向に回転するシーブ１８の速度および回転距離を検出することができる。代替的に、位置システムは、光学センサまたは機械的センサ、例えば、ロータ３６と接触するプーリを備えることができる。

シーブ１８を有したシリンダ１６と、横側支持部３２と、ロータ３６と、ステータ３８とは、中心線ＣＬを中心に対称とされ得る。シーブ１８を有したシリンダ１６とロータ３６とは、シャフト２２およびステータ３８に対して同軸かつ同心に整列する。シーブ１８の内径部上のロータ３６の位置により、駆動マシン１０のモータおよびシーブ１８の対称性が許容される。駆動マシン１０のモータの対称性により、動作が円滑になり、エレベータシステムの振動が減少し、駆動装置１０の長さおよび大きさが減少する。

シャフト２２は、中空の構造体である。ステータ３８はシャフト２２に取り付けられ、アッセンブリは静止している。したがって、シャフト２２は、移動するシャフトに関連した応力を受けない。これにより、シャフト２２がごく僅かの疲労荷重を受けるので、シャフト２２をより軽量の構造体とすることができる。通常の回転シャフトは、一般に、疲労および応力の周知の割合を有した鋼から構成されている。中空のシャフト２２は、種々の材料から構成され得る。シャフト２２は、鋳造され得るものであり、図４に示したベント穴６２を備え得る。さらに、鋳造されたシャフト２２は、モータや駆動マシン１０の動作に恩恵を与える多くの特徴部を備えることができる。また、シャフト２２は、重要な特徴部を備えるように機械加工され得る。例えば、図１および図２のシャフトは、ステータ３６に隣接した最大の壁厚さと、軸受４２を位置決めするための軸受用ランド部のための機械加工された領域と、シャフト２２を支持部２４に取り付けるために傾斜し得るより薄い壁厚さとを備えている。さらに、固定シャフト２２や、固定内側レースを有した軸受４２と共に、導線が、１つの軸受４２の内側レースの直ぐ下方に配置される、シャフト２２に形成されたスロットに沿って延び得る。

また、ロータが外周側にあるモータ設計においては、モータの質量が、ロータが内周側にあるモータに比べて小さい。小型のモータ設計により、外周側のロータ３６がより大きな空隙直径を有し、モータの同じ出力トルクに対してモータの長さをより短いものとする。モータは、通常のマシンのようにシーブに隣接しているのではなく、シーブ１８の内部に配置されるとともにシーブ１８と同心とされている。モータの大きさが小型であり、かつモータが対称とされていることは、マシンルームのレイアウトが容易であり、より用途が広いことを意味する。さらに、対称なマシンにおいては、軸受にかかる荷重が、軸受４２の間に均一に分配され、これにより、駆動マシン１０の設計に恩恵を与える。モータの大きさや質量が減少すると、駆動マシン１０のコストが減少する。

好ましい実施例について本発明を説明してきたが、当業者であれば、本発明の真意および範囲を逸脱することなく、形態および詳細の変更がなされ得ることを理解されたい。

Claims (11)

1. 内周側面と、巻上ロープを受ける少なくとも１つの溝を有した外周側面とを備えてなる、シリンダの第１の側部および第２の側部によって支持された回転可能な駆動シーブと、
   前記駆動シーブの前記内周側面に取り付けられたロータと、
   固定中空シャフトと、
   前記固定中空シャフトに接続されたステータであって、このステータと、前記ロータと、前記駆動シーブとが、前記固定中空シャフトの中心線を中心に同心に位置決めされる、ステータと、
   前記固定中空シャフトと前記ロータとの間に配置された複数の軸受と、
   前記駆動シーブの下方で前記駆動シーブに隣接して取り付けられたブレーキメカニズムと、
   前記固定中空シャフトの第１の端部に接続されたブロワを有する空気冷却システムと、
   を備え、
   前記ステータは、複数の薄板を有したステータ巻線を備え、前記薄板の各々は、複数の間隙を形成するように、隣接する薄板から分離され、
   前記固定中空シャフトと、前記シリンダの前記第１の側部および前記第２の側部とは、エレベータ用駆動マシン内において前記ブロワから空気を循環させるための流路を形成する複数の開口部を備え、前記ブロワからの空気は、前記固定中空シャフトの開口部から前記薄板の間隙を通して前記第１の側部および前記第２の側部の開口部へと流れることを特徴とするエレベータ用駆動マシン。
2. 前記ロータは、永久磁石を備えることを特徴とする請求項１に記載のエレベータ用駆動マシン。
3. 電力制御ボックスと、
   前記ステータから前記固定中空シャフトを介して前記電力制御ボックスへと延びる導線と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のエレベータ用駆動マシン。
4. 前記固定中空シャフトの開口部は、前記ブロワから前記固定中空シャフトを通して前記ステータへと通流する空気流用の通路を形成するように前記間隙と整列することを特徴とする請求項１に記載のエレベータ用駆動マシン。
5. マシンフレームと、
   第１の側部と、第２の側部と、内周側面と、シーブを形成する外周側面とを備えたシリンダと、
   前記シリンダの前記内周側面に取り付けられたロータと、
   前記マシンフレームに取り付けられた第１の支持構造体および第２の支持構造体と、
   第１の端部において前記第１の支持構造体に取り付けられるとともに、第２の端部において前記第２の支持構造体に取り付けられた中空シャフトと、
   前記中空シャフトに取り付けられるとともに、前記ロータ内で同心に位置決めされたステータと、
   前記シリンダの前記第１の側部および前記第２の側部の少なくとも一方に取り付けられたブレーキディスクと、
   前記シーブの下方で少なくとも１つのブレーキディスクに隣接して位置決めされたブレーキメカニズムと、
   前記第１の支持構造体に取り付けられた空気循環システムと、
   を備え、
   前記シリンダは、前記ロータ内に回転可能にかつ同心に位置決めされ、該ロータは、前記シリンダの各側部において第１の軸受および第２の軸受を介して前記シャフトに接続され、
   前記ステータおよび前記ロータは、前記シリンダ内に内蔵されたモータを備え、
   前記ステータは、複数の薄板を有したステータ巻線を備え、前記薄板の各々は、複数の間隙を形成するように、隣接する薄板から分離され、
   前記空気循環システムは、前記中空シャフトに接続されたブロワを有し、前記中空シャフトと、前記シリンダの前記第１の側部および前記第２の側部とは、エレベータ用駆動マシン内において前記ブロワから空気を循環させるための流路を形成する複数の開口部を備え、前記ブロワからの空気は、前記中空シャフトの開口部から前記薄板の間隙を通して前記第１の側部および前記第２の側部の開口部へと流れることを特徴とするエレベータ用駆動マシン。
6. 前記中空シャフトに取り付けられた位置フィードバック装置をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載のエレベータ用駆動マシン。
7. 前記中空シャフトは、前記ステータを電源に接続するワイヤアッセンブリの一部用のハウジングを提供することを特徴とする請求項５に記載のエレベータ用駆動マシン。
8. 前記第１の軸受および前記第２の軸受は、外周側の回転レースおよび内周側の固定レースを備えることを特徴とする請求項５に記載のエレベータ用駆動マシン。
9. 第１の側部と、第２の側部と、内周側面と、シーブを形成する外周側面とを備えたシリンダと、
   前記シリンダの前記内周側面に取り付けられたロータと、
   第１の支持構造体および第２の支持構造体と、
   第１の端部において前記第１の支持構造体に取り付けられるとともに、第２の端部において前記第２の支持構造体に取り付けられた中空シャフトと、
   前記中空シャフトに取り付けられるとともに、前記シリンダおよび前記ロータ内に同心に位置決めされたステータと、
   前記シリンダの各側部に接続された第１の軸受および第２の軸受であって、各軸受が、前記中空シャフトに取り付けられた内周側の固定レースと、前記シリンダの各側部に固定された外周側の回転レースとを有する、第１の軸受および第２の軸受と、
   前記シリンダの前記第１の側部および前記第２の側部の少なくとも一方に取り付けられたブレーキディスクと、
   前記シーブの下方で少なくとも１つのブレーキディスクに隣接して位置決めされたブレーキメカニズムと、
   前記第１の支持構造体に取り付けられた空気循環システムと、
   を備え、
   前記ステータは、複数の薄板を有したステータ巻線を備え、前記薄板の各々は、複数の間隙を形成するように、隣接する薄板から分離され、
   前記空気循環システムは、前記中空シャフトに接続されたブロワを有し、前記中空シャフトと、前記シリンダの前記第１の側部および前記第２の側部とは、エレベータ用駆動マシン内において前記ブロワから空気を循環させるための流路を形成する複数の開口部を備え、前記ブロワからの空気は、前記固定中空シャフトの開口部から前記薄板の間隙を通して前記第１の側部および前記第２の側部の開口部へと流れることを特徴とするエレベータ用駆動マシン。
10. 前記中空シャフトは、その長さに沿って異なる壁厚さを備え、前記ステータに隣接した壁厚さが最も大きいことを特徴とする請求項９に記載のエレベータ用駆動マシン。
11. 前記中空シャフトは、前記最も大きい壁厚さに隣接して製作された２つの軸受ランド部を備えることを特徴とする請求項１０に記載のエレベータ用駆動マシン。

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